通用串行总线的应用

通用串行总线的应用

【摘要】：通用串行总线USB已成为PC标准，利用USB可以实现较传统方式更有效、更经济、点数更多的数据采集。文章介绍了利用USB接口的应用远景。

【关键词】：电信运营商; 计费系统; 安全

在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集。如浓度、湿度、温度、压力、频率等等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等总线板卡。采用板卡不仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰，而且由于受计算机插槽数量和地址、中断资源的，不可能挂接很多设备。而通用串行总线（简称USB）的出现，很好地解决了以上这些冲突，很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。

1. 通用串行总线简介

为了解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽和端口之间的矛盾，Microsoft、Intel等制定了串行通信的标准，至今已广泛地为各PC厂家所支持。现在生产的PC几乎都配备了USB接口，流行操作系统都增加了对USB的支持。

① USB系统的构成

USB系统主要由主控制器、USB Hub 和USB外设组成系统拓扑结构。

② USB的主要优点

速度快：USB有高速和低速两种方式，主模式为高速模式，速率为12Mbps，另外为了适应一些不需要很大吞吐量和很高实时性的设备，如鼠标等，USB还提供低速方式，速率为1.5Mb/s。

设备安装和配置容易：所有USB设备支持热拔插，系统对其进行自动配置，彻底抛弃了过去的跳线和拨码开关设置，加减已安装过的设备完全不用关闭计算机。

易于扩展：通过使用Hub扩展可拨接多达127个外设。标准USB电缆长度为3m（5m低速）。通过Hub或中继器可以使外设距离达到30m。

能够采用总线供电：USB总线提供最大达5V电压、500mA电流。

使用灵活：USB共有４种传输模式：控制传输、同步传输、中断传输、批量传输，以适应不同设备的需要。

2. 实现远距离采集数据传输

传输距离是USB在工业现场应用的一个瓶颈，即使增加了中继或Hub，USB传输距离通常也不超过几十米，这对工业现场而言显然是太短了。

现在工业现场有大量采用RS－485传输数据的采集设备。RS－485的传输距离可以达到1200米以上，并且可以挂接多个设备。其不足之处在于传输速度慢，设备之间相互影响，可靠性差，需要板卡的支持，成本高，安装麻烦等。RS－485的这些缺点恰好能被USB所弥补，而USB传输距离的瓶颈问题恰好又是RS－485的优势所在。如果能将两者结合起来，优势互补，就能够产生一种快速、可靠、低成本的远距离数据采集系统。

这种系统的基本思想是：在采集现场，将传感器采集到的模拟量数字化以后，利用RS－485协议将数据上传。在PC端有一个双向RS－485～USB的转换接口，利用这个转接口接收485的数据并通过USB接口传输至PC机进行分析处理。而主机向设备发送数据的过程正好相反：主机向USB口发送数据，数据通过485～USB转换口转换为485协议向远端输送。

由于USB的数据传输速率大大高于485，因此在每条485总线上仍然可以挂接多个设备，成本要低许多，同时具有安装方便、不受插槽数、不用外接电源等优点，为工业和科研数据采集提供了一条方便、廉价、有效的途径。

3. 远景展望

USB设备的应用目前在国外处于高速发展阶段，在国内的应用已经起步。

已经出台的USB2.0协议，数据传输速率高达480Mbps，如此高的传输速率能用于1.0的传输速率所无法满足的地方，如高实时性要求的工业设备控制、动态图像实时传输等。随着时代的进步和技术的发展，USB必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。